金属又は合金マトリクスに埋められた超硬質粒子を含む複合材料及びそれから作製された振動板
剛く、３次元であり、比較的小さい質量を有する構成部品が提供される。構成部品は、ダイアモンド及び／又はｃＢＮなどの超硬質粒子又はグリットと共に埋め込まれた金属又は合金マトリクス複合体から形成された箔体を含む。それは、例えば音響用途などの高剛性及び低質量の組合せが要求される用途に使用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部品に関し、より詳細には、剛性が大きく質量が小さい音響用構成部品に係るものである。また、本発明は、それらの製造に使用される複合材料、及びそのような複合材料及び構成部品を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
剛性が大きく質量が小さい構造を必要とする多くの用途がある。一般的な用途としては、実質的にそのすべての機械的な構成部品が、大きな剛性対質量比を有する必要のある航空宇宙産業におけるものである。
【０００３】
しかし、軽量であるが剛性の大きい物体に対しては、ある範囲のその他の用途がある。具体的な用途としては、音響スピーカ用駆動ユニットの製造であり、とりわけ高周波数の音の正確な再生用の高周波数ツイータがある。
【０００４】
人間の聴覚は、一般に、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲にわたると認識されている。したがって、高品質のスピーカ・システムは、少なくともこの周波数範囲にわたる周波数を正確に再生する必要がある。一般的な高性能スピーカは、電気信号を音波（圧縮波）に変換する機械的に効果のよいトランジューサである２個以上の駆動ユニットを使用する。各駆動ユニットは、可聴範囲の特定の部分をカバーする。駆動ユニットは、空気の粗密状態を生じさせる、前後に移動するピストンに近似できる。
【０００５】
小型ピストンは、高周波数で大音圧レベルを効果的に生成でき、より大きな直径のピストンは、より低周波数で同等の効率によって同等の音圧レベルを生み出すことが要求されることがよく知られている。一般に、２５ｍｍの直径の駆動ユニットは、２〜２０ｋＨｚの周波数範囲で動作でき、例えば１００〜２５０ｍｍの直径のより大きな駆動ユニットは、１００Ｈｚ以下の低さの範囲にある周波数を生成できる。しかし、より大きな駆動ユニットは、不要な振動又は分割振動の問題が生じる虞があるため、高周波数の音を生み出す目的では容易に使用できない。人間の耳は、これらの分割振動モードによる音の「色付け」に非常に敏感である。この理由により、高周波数の駆動ユニットは、小さい直径を有する。最近、人間の聴覚の認識範囲外にある周波数での分割振動モードの存在が、音源の可聴な劣化を生じる可能性があることが実証された。こうした理由から、歪みなしで２０ｋＨｚよりも高い周波数で動作できる駆動ユニットを製造するいくつかの試みがなされてきた。
【０００６】
理想的なスピーカは、その感度を向上させるための非常に小さい質量、及び可聴の出力に悪影響を与える可能性のある動作の周波数スペクトル又はその近くでの共振をまったく伴わない、非常に大きな剛性を有するはずである。実際のツイータ・デバイスのすべては、当然、質量及び同時に共振を有する。スーパー・オーディオ・フォーマット（Ｓｕｐｅｒ Ａｕｄｉｏ ｆｏｒｍａｔ）（ＳＡＣＤ及びＤＶＤＡ）と呼ばれるものなどの音響媒体及び増幅システムの発展により、例えば、約２２ｋＨｚの標準のＣＤの帯域幅の上限と比較して、最新式のスピーカの駆動に提供される周波数範囲が９６ｋＨｚもの高さまで拡張される。
【０００７】
より大きなヤング率及びより低密度の材料を使用して製造された、より軽量でより剛性のあるツイータ構造体は、より高周波数の共振を示すことがよく知られている。したがって、ツイータにダイアモンドを使用することがよいと報告されている。従来技術には、ある範囲の手段によって製造されたスピーカ・ドームの様々な構成が記録されているが、報告された性能の利点は、一般に芳しくなく、そのようなスピーカ・ドームは、広範囲に使用される状態のものではない。Ａｌ、Ｂｅ、及びプラスチックなどのその他の材料、及びある範囲の幾何学的形状に基づいたツイータ・デバイスには、実質的な従来技術もある。
【０００８】
米国特許第５５５６４６４号は、スピーカ用ダイアモンド・ドームの使用を開示し、縁部のひび割れの拡大を制御するように設計された様式で、一体式の平面のフランジの縁部を終端させる必要を詳細に記載している。ドイツ特許ＤＥ１００４９７４４号は、ドームの縁部が支持されないように、ボイス・コイル形成器の上に凹型に取り付けられたダイアモンドのドームの使用を記載している。このタイプの幾何学的形状は、出力音を色付けする可能性のある、ドーム構造内の不要な共振のある範囲に対処する。さらに最近になって、Ｂｏｗｅｒｓ ａｎｄ Ｗｉｌｋｉｎｓ（英国のＷｅｓｔ Ｓｕｓｓｅｘ州Ｗｏｒｔｈｉｎｇ Ｄａｌｅ ＲｏａｄのＢ＆Ｗ Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ Ｌｔｄ社）は、ダイアモンドのドームを使用した一連のスピーカを売り出し、その設計は同時係属の英国特許出願第ＧＢ０４８４５８．８号及び２００４年１１月１７日にＢ＆Ｗによって出版された技術注記（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｎｏｔｅ）「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｂ＆Ｗ ８００Ｄ」に記載されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、構成部品、とりわけ音響用構成部品が、金属又は合金マトリクスに埋め込まれた超硬質の材料の粒子又はグリットにより形成された箔（フォイル）体を含む。
【００１０】
超硬質の粒子又はグリットは、好ましくはダイアモンド又はｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素粒子又はグリット）である。
【００１１】
金属又は合金マトリクスにダイアモンド又はｃＢＮの粒子又はグリットを埋め込み、次いで、それを薄い箔体、特に３次元構造体に製造することによって、構成部品は、金属又は合金単体での使用によって得られるよりも大きい比ヤング率、及び／又は小さい密度を有する。
【００１２】
金属又は合金マトリクスは、好ましくは、大きな比固さを有する金属（純金属又は合金）を含む。そのような金属には、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、チタン等が含まれてもよい。
【００１３】
本発明の好ましい実施例では、音響用構成部品は、ドーム・セグメント(部片)を含む。
【００１４】
構成部品の形状は、好ましくは球面状セグメントである。音響用構成部品のためのその他の好ましい形状は回転対称軸線を有し曲率半径の急激な変化のない楕円体、放物体、及び双曲線体のセグメントであり、対称軸線の周りで楕円又はその他の円錐断面のセグメントを回転させることによって定義される。
【００１５】
好ましくは、構成部品は、スピーカ・ドームとしての使用に適するように一体のコイル取付けフランジ又は管を有する。
【００１６】
本発明の特に好ましい実施例では、構成部品は、高性能のツイータとしての使用に適する。
【００１７】
本発明は、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、及びチタン並びにそれらの組合せから選択された金属を含む金属又は合金マトリクスに埋め込まれたダイアモンド粒子又はグリットを含む複合材料に及ぶ。
【００１８】
本発明は、金属又は合金マトリクスに埋め込まれたダイアモンド粒子又はグリットから形成された箔体を含む複合材料にも及び、そのダイアモンド粒子又はグリットは化学蒸着によって形成されている。
【００１９】
本発明はさらに、超硬質の研磨用粒子又はグリット、及び金属マトリクス材料の素材を提供するステップと、複合ストリップ又は箔を形成するために超硬質の研磨用粒子又はグリット、及び金属マトリクス材料を共に圧縮成形するステップと、複合ストリップ又は箔を３次元構造体に形成するステップとを含む、比較的大きな剛性及び小さな質量を有する３次元構造体を製造する方法に及ぶ。
【実施例】
【００２０】
次に本発明を添付の図面を参照して例示のみによって、より詳細に説明する。
【００２１】
本発明は、剛性があり３次元であり比較的小さい質量を有する構成部品の形成を対象とする。構成部品は、超硬質粒子又はグリット、好ましくはダイアモンド及び／又はｃＢＮ粒子又はグリットと共に埋め込まれた金属又は合金マトリクス複合材料から形成された箔体を含む。構成部品は、例えば音響用途などの大きな剛性及び小さな質量の組合せが要求される用途に使用できる。
【００２２】
明確にするために、用語のうちのいくつかが下記に定義される。
【００２３】
固さ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）は、材料の弾性率（ヤング率）に関する特定の技術用語である。
固さ＝ヤング率＝Ｅ
【００２４】
しばしば、第２の重要なパラメータは、材料の密度であり、したがって別の用語が、
比固さ＝Ｅ／ρ、ここでρ＝密度
として定義される。
【００２５】
しかし、同じ固さの材料を使用しても、例えば、平板の上のＩ型ビームを比較すると、他のものよりもコンプライアンス（追従性）がはるかに低い構造を構築することが可能である。
したがって、
剛性（ｒｉｇｉｄｉｔｙ）＝曲げによる変形に対する構造の耐性
【００２６】
構造用形態の特定の例では、構造体の剛性が、その密度及びその厚さの３乗に比例して変化する。剛性は、曲げに対するものであることに留意されたい。圧縮に対して、変形はほぼ密度に反比例し、厚さに反比例して変化する。
【００２７】
構造形態又は部分的に稠密化された材料では、さらなる重要なパラメータは、シート（薄板）密度即ちシートの単位面積当たりの密度である。
シート密度＝ρ／Ａ、ここで、Ａ＝シートの平面での面積
【００２８】
好ましくは楕円又はその他の円錐断面の回転によって定義される球面のドーム又は同様の３次元構造体では、剛性は、構造の壁又は殻部の厚さの関数であり、同時にドーム（又は同様の３次元構造体）が一部分を形成する球面（又はその他の構造）の曲率半径、及びドーム（又は同様の３次元構造）を形成する球面（又はその他の構造）の割合などのパラメータの関数でもある。
【００２９】
これらの固さ、比固さ、剛性、及びシート密度の定義は、本明細書全体を通して用いられる。
【００３０】
ダイアモンド又はｃＢＮを混入した金属又は合金マトリクス複合材料から形成される３次元構成部品又は本体は、以下の基準のうちの１つ又は複数を満たすことが好ましい。
ａ）箔体は、薄い層から形成され、特に箔体を形成する層の厚さは、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、さらにより好ましくは１００μｍ以下、さらにより好ましくは７０μｍ以下、最も好ましくは５０μｍ以下である。
ｂ）箔体を形成する層の厚さは、好ましくは５μｍを超え、より好ましくは１０μｍを超え、さらにより好ましくは２０μｍを超え、さらにより好ましくは３０μｍを超え、最も好ましくは４０μｍを超える。
ｃ）箔体は、好ましくは全体積密度で２％を超え、より好ましくは５％を超え、より好ましくは１０％を超え、より好ましくは２０％を超え、より好ましくは３０％を超え、より好ましくは４０％を超え、最も好ましくは５０％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ、或いはこの２つの混合物を含むことが好ましい。
ｄ）圧縮成形前の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法は、好ましくは６０μｍよりも小さく、より好ましくは３０μｍよりも小さく、さらにより好ましくは２０μｍよりも小さく、さらにより好ましくは１５μｍよりも小さく、最も好ましくは１０μｍよりも小さい（マルチ・モーダル（多数モード）のグリット分布において、この制限は使用される最大グリット寸法に関連する）。
ｅ）平均径によって特徴付けられるグリットの寸法は、好ましくは０．２μｍよりも大きく、より好ましくは０．５μｍよりも大きく、さらにより好ましくは１μｍよりも大きく、最も好ましくは４μｍよりも大きい（多数モードのグリット分布において、この制限は使用される最大グリットの寸法に関連する）。
ｆ）金属マトリクス・ストリップの最終厚さへの圧縮成形前の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法の比率は、好ましくは０．５よりも小さく、より好ましくは０．４よりも小さく、さらにより好ましくは０．３よりも小さく、さらにより好ましくは０．２５よりも小さく、最も好ましくは０．２２よりも小さい（多数モードのグリット分布で、この制限は使用される最大グリットの寸法に関連する）。
ｇ）金属マトリクス・ストリップの最終の厚さへの圧縮成形前の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法の比率は、好ましくは０．０５よも大きく、より好ましくは０．１よりも大きく、さらにより好ましくは０．１５よりも大きく、さらにより好ましくは０．１８よりも大きく、最も好ましくは０．２よりも大きい（多数モードのグリット分布において、この制限は使用される最大グリット寸法に関連する）。
ｈ）金属マトリクス・ストリップの最終の厚さへの圧縮成形後の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法の比率は、好ましくは０．３よりも小さく、より好ましくは０．２５よりも小さく、最も好ましくは０．２２よりも小さい（多数モードのグリット分布で、この制限は使用される最大グリットの寸法に関連する）。
ｉ）金属マトリクス・ストリップの最終の厚さへの圧縮成形後の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法の比率は、好ましくは０．０５よりも大きく、より好ましくは０．１よりも大きく、さらにより好ましくは０．１５よりも大きく、さらにより好ましくは０．１８よりも大きく、最も好ましくは０．２よりも大きい（多数モードのグリット分布で、この制限は使用される最大グリットの寸法に関連する）。
ｊ）箔体を形成する層は、稠密化（ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ）され、好ましくは最大限に稠密化され、又は部分的にのみ稠密化され、又は多孔質にすることができる。
【００３１】
特に本発明は、そのような構成部品をスピーカ駆動ユニットの用途に使用することに関する。
【００３２】
上記の基準のうちのいずれかによって製造された構成部品は、スピーカ・ドームとしての使用に適するように一体のコイル取付けフランジ又は管を有することのできるドーム・セグメントにできる。特に、構成部品は、高性能ツイータ構成部品である。好ましくは、ツイータ構成部品は、本質的に周囲からの影響のない理想的な取付けで試験された場合、以下のうちの１つ又は複数の特性を示す。
ａ）３１ｋＨｚよりも高い、好ましくは４５ｋＨｚよりも高い、より好ましくは５５ｋＨｚよりも高い、さらにより好ましくは６５ｋＨｚよりも高い、最も好ましくは７５ｋＨｚよりも高い分割振動周波数。
ｂ）５ｄＢよりも小さく、好ましくは３ｄＢよりも小さく、より好ましくは２ｄＢよりも小さく、さらにより好ましくは１ｄＢよりも小さく、最も好ましくは０．５ｄＢよりも小さい、２０ｋＨｚ、好ましくは３０ｋＨｚ、より好ましくは４０ｋＨｚ、さらにより好ましくは５０ｋＨｚで測定される位相の減衰を可能にする、モデル化された理想の軸上応答曲線からの軸上応答曲線での偏り。
ｃ）５ｄＢよりも小さく、好ましくは３ｄＢよりも小さく、より好ましくは２ｄＢよりも小さく、より好ましくは１ｄＢよりも小さく、最も好ましくは０．５ｄＢよりも小さい、２０ｋＨｚ、好ましくは３０ｋＨｚ、より好ましくは４０ｋＨｚ、より好ましくは５０ｋＨｚで測定される位相の減衰を可能にする、フラット応答からの軸上応答曲線での偏り。
【００３３】
上述の特性ａ）からｃ）までのうちの１つ又は複数を示すツイータ構成部品は、高性能のツイータ構成部品として当業者によって一般に説明される。
【００３４】
上述の仕様に対するツイータは、ソリッド・ダイアモンド・ツイータよりも低コストで最新式の音源用の出力をもたらし、ソリッド・ダイアモンド・ツイータに対するその他の代替物よりも高い音質の出力をもたらすために使用できる。
【００３５】
本発明の本実施例の好ましい変形例では、高性能のツイータ・ドームが以下の基準のうちの１つ又は複数に対して製造される。
ａ）ツイータ構成部品の形状は、聴取者の側から見た場合に凸型である。
ｂ）ツイータ構成部品の形状は、球面ドームに基づいている。
ｃ）ツイータ構成部品の形状は、軸対称であり、楕円に基づいており、その楕円では、２つの軸ａ、ｂ（但し、ａ≧ｂ）は、ａ／ｂが１．５よりも小さく、好ましくは１．２よりも小さく、より好ましくは１．１よりも小さく、さらにより好ましくは１．０５よりも小さく、最も好ましくは１．０１よりも小さい。
ｄ）ツイータ構成部品の形状は軸対称であり、湾曲した部分は、１つの円錐断面を取り、それを対称軸の周りで回転させることによって形成され、円錐断面は、適切な幾何学的形状の円錐の回転対称軸に平行な平面によって定義される。
ｅ）ツイータ構成部品は、それにボイス・コイル用形成器を直接的に提供し、或いはそれに、例えば、Ａｌ又はＫａｐｔｏｎ（登録商標）から作製された別個のボイス・コイル形成器用の機械的な取付け具の手段を提供する一体の軸方向の管構成部品で製造される。
ｆ）ツイータ構成部品は、層の平面及びその厚さ全体にわたる両方での層又はシート厚さ、稠密化の度合い、又は厚さ全体の稠密化の分布、又は存在するところのグリット粒子の分布を局部的に変更する手段によって、特定のプロファイルのシート密度及び局部的な剛性を有するように製造され、好ましくはこれらのパラメータのプロファイルは、構成部品及びスカート部の縁部、又はボイス・コイル取付け部の領域での剛性を特に向上させ、構成部品の中央領域の質量を特に低減させるように選択される。
ｇ）ツイータ構成部品の３次元曲線部分の直径は、下方に見た場合、その回転対称軸が２０ｍｍを超え、好ましくは２４ｍｍを超え、より好ましくは２６ｍｍを超え、さらにより好ましくは２８ｍｍを超え、最も好ましくは３０ｍｍを超える。
ｈ）ツイータ構成部品の曲率半径は一定であり、１５ｍｍを超え、好ましくは１８ｍｍを超え、より好ましくは２０ｍｍ、さらにより好ましくは２２ｍｍを超え、最も好ましくは２４ｍｍを超える。
ｉ）ツイータ構成部品の曲率半径は一定でなく、すべての点で１５ｍｍを超え、好ましくは１８ｍｍを超え、より好ましくは２０ｍｍ、さらにより好ましくは２２ｍｍを超え、最も好ましくは２４ｍｍを超える。
【００３６】
金属又は合金内に埋め込まれたグリットからなる複合材料から形成される十分に稠密化された本体の場合には、複合材料の固さの増加は、２つの材料のヤング率に依存する。一般に、充填材の固さはマトリクス材料よりもはるかに大きい。例えば、ダイアモンドは、約１０００ＧＰａのヤング率を有し、アルミニウムは、８０ＧＰａのヤング率しか有していない。したがって、ダイアモンドは、アルミニウムより１０倍の固さを有する。複合材料の固さは、２つの限界値の間にあると想定できる。最良の場合には、それは、混合の法則に一致し、最悪の場合には、剛性は、以下の関係を使用して計算される。
Ｅｃ＝１／（Ｖｆ／Ｅｆ）＋（（１−Ｖｆ）／Ｅｍ）
ここで、
Ｅｃ＝複合材料の弾性率
Ｖｆ＝充填物の体積率
Ｅｆ＝充填物のヤング率
Ｅｍ＝マトリクスのヤング率。
【００３７】
データは、アルミニウム及びダイアモンドからなる複合材料に関して添付の図１にプロットされている。このデータから、複合材料の弾性率をできる限り大きくすることを確実にするために、大きい弾性率の充填物が大きい割合で要求されることが理解できる。性能の最大の増加は、充填率を８０％よりも大きく増加させることによって達成される。この充填率は、単一モード（モノ・モーダル）の球形粉末を最密構造にすることによって理論的に得ることができる充填率を実際に超えており、後述されるようなマルチ・モーダルのグリット分布を使用する利点を示している。
【００３８】
高い比固さ構造体を作製する別の方法は、間隙の体積の大部分を占有されない状態にする、即ち部分的に稠密化された又は多孔質構造にすることである。この方法は、いくつかの利点を有する。第１に、充填物が使用される場合、弾性率の大きい充填物粒子が互いに接触し、優れた固さを与える。第２に、構造の密度が小さくなり、したがって所与の厚さに対する質量も低下する。有効密度が低下するため、構造体を厚くして使用できるという利点が得られる。そのような部分的に稠密化した、又は多孔質の構造体を作製することにより、材料を製造し、形成して形作る手段を制限できる。１つの方法では、弾性率の大きな充填物が、所定の厚さの適切な金属層によって被覆される。次いで、被覆された粉末は、有機質結合材（例えば、ポリエチレン・グレコール、ＰＥＧなど）を使用してプレス加工されてニアネット・シェイプの圧粉体にされ、最後に、部分的に稠密化され、しかも一体の構造を作製するために焼結される。
【００３９】
超硬質グリットなどを含む部分的に稠密化された金属材料では、最終形状の密度は、構成部品の厚さ全体にわたって、又は最大長を横切って選択的に変化できる。したがって、構成部品を形成する層は、層の平面及びその厚さ全体にわたる両方での層又はシート厚さ、稠密化の度合い、又は厚さ全体にわたる稠密化の分布、又は存在するところでのグリット粒子の分布を局部的に変える手段によって、特定の特性のシート密度及び局部的な剛性を有して製造できる。これにより、例えば、層の表面での材料の密度を内部と比較して増加させることによって、所与の厚さ及び質量に関する剛性が増大される。或いは、グリットが存在するところでは、層の表面でのグリット粒子の密度を内部と比較して増加させることによって、同時に所与の厚さ及び質量に関する剛性が増加する。これらの２つの効果は、互いに結び付けることができ、又は層の厚さの変化と結び付けることができる。多くの異なる可能性に対する最適の選択は、構成部品の正確な幾何学的形状、及び使用される製造方法の詳細に依存する。
【００４０】
一般的な金属マトリクス複合材料は、アスペクト比が大きく固さの大きい充填物相を使用する。第１に、マトリクス相と比較した充填物のヤング率の違いが大きいほど、充填物相を形成する粒子のアスペクト比の利点がより大きくなる。圧縮成形によって形成されるシートの場合、特に充填物相がダイアモンド又はｃＢＮの場合、繰り返しの圧縮成形及び圧延段階中に起こる粒子の寸法／形状の微細化は、アスペクト比の高いダイアモンド粒子を加えることの利点を制限するので、特にダイアモンドが高温高圧（ＨＰＨＴ）人造ダイアモンド又は天然ダイアモンドである場合には、大まかに等軸にされたグリット粒子が一般に好ましい。
【００４１】
金属Ａｌの密度は２．７ｇ／ｃｍ３である。ダイアモンドの密度は、わずかに高く３．５１ｇ／ｃｍ３である。したがって合成材料の密度は、ダイアモンド含有率の増加に伴ってわずかに上昇するが、固さの上昇よりもはるかに遅い。しかし、部分的に稠密又は多孔質の構造の場合、剛性がさらに増加できる一方で、密度は混合材料を形成する材料の密度の加重平均よりも小さく、２．７ｇ／ｃｍ３未満に小さくできる。
【００４２】
ダイアモンド又はｃＢＮグリットは、当分野で周知のいくつかの方法によって調製できる。例えば、グリットは、ダイアモンド又はｃＢＮ超硬質材料を粉砕することによって調製でき、それを注意深く制御することによって、アスペクト比即ちグリット粒子の形状寸法の最大と最小の間の変化の基準である「ブロッキネス」がある範囲で変化するグリット形態を提供できる。粉砕した後に、グリットは、サイズ選別及び化学的な丸みだし又は研磨加工を含むさらなる加工を受けることができる。ダイアモンド及びｃＢＮは、異なるグリットの寸法範囲で得ることができる。例えば、ナノ・ダイアモンドは、一般に５〜１００ｎｍの範囲の寸法で得られ、爆発合成、レーザ合成、及びその他の技術によって形成できる。より大きな寸法には、例えば５０ｎｍの寸法の広がりを伴って入手可能な０．１μｍ〜１μｍの範囲のサブミクロン・グリット、及び１μｍ〜２０μｍ以上の範囲を包含するミクロン寸法のグリットが含まれる。より大きなグリット寸法が、高圧高温技術を使用したプレス加工で一般に合成されるが、その他の適切な方法が使用できる。
【００４３】
グリットを作製するさらなる新規な方法が、多結晶ＣＶＤダイアモンド合成によるものである。ある種の成長状態の下では、高成長速度で円柱状の粒を形成することが可能であり、それは、十分に連晶せず、化学エッチング及び粉砕などの方法によって分離することができる。注意深い調製によって、一般的に１．２を超え、より一般的には１．５を超え、さらにより一般的には２．０を超え、最も一般的には３．０を超えるアスペクト比を有する粒子を形成できる。この点で、そのようなダイアモンド・グリットは一般的でない。はるかに大きいアスペクト比を有するグリットも可能であるが、これらは、圧縮成形段階の間に完全な状態のまま残らないため、一般に、製品に有用な利点をもたらさない。さらに平面基材上のＣＶＤ成長プロセスに存在する固有の成長方向のために、多結晶のダイアモンド層に形成される個々のＣＶＤダイアモンド結晶の内部成長形態のため、本発明の圧縮成形及び圧延の段階の間、それらを等軸粒子形態に縮小することに対してＨＰＨＴグリットよりも影響を受けにくい。これによって、金属マトリクス合成材料の形成が可能になり、そこでは、粒子の長径が好ましい配向に分布する場合、固さが特定の平面又は方向で向上し、又、配向がランダムな場合、固さの全体的な上昇が促進される。いくつかの例では、圧延の間、破断及び寸法の低下は起こらないが、破断平面は、最初のＣＶＤ成長方向を含み又はその近くに存在することが好ましく、それによって材料のより高いアスペクト比を維持し又は促進する。圧縮成形及び／又は圧延後のそのような非等軸粒子の厳密な配向分布は、それに続く加工段階の詳細に依存する。非等軸のダイアモンド結晶又はダイアモンド粒子の使用は、ニアネット・シェイプに直接的に形成された多孔質の圧縮成形物で特に有利である。非等軸ＣＶＤダイアモンドの別の形式は、例えば微細なフィラメントの上に成長する多結晶のウィスカであり、その後フィラメントは、化学的に除去できる。それらも同様に使用できるが、それらは上述の非等軸ＣＶＤダイアモンドの利点のいくつかを欠いている。
【００４４】
グリットは被覆なしで使用できる。あるいは、グリットは被覆されることができる。特に、マトリクス材料をダイアモンド又はｃＢＮグリット粒子に強固に接着するのに有利である。これは、ダイアモンド・グリットの表面で共有性炭化物を形成することにより、ダイアモンド・グリットにおいて最も良く達成される。一般に、これはＴｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｖａ、Ｎｂ、Ｚｒなどの金属を用いて粒子を被覆し、ダイアモンドとの反応によって、関連する炭化物を形成することによって作製できる。グリット粒子を被覆するために様々な手段が使用でき、最終製品の密度への影響を最小に抑えることが可能な最も薄い層を使用して最大表面被覆率を達成することが重要な要素である。例えば、Ｔｉ被覆を使用すると、層の厚さは、一般に５ｎｍ〜８０ｎｍの範囲であり、より好ましくは１０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲である。ダイアモンド上のチタン被覆は、アルミニウム炭化物が大部分は共有結合でなくイオン結合なので、金属マトリクスがアルミニウム又はアルミニウム合金の場合に特に有益である。Ｔｉ金属の密度は４．５１ｇ／ｃｍ３である。したがって、ダイアモンドをＡｌマトリクスに強固に接着するために要求されるものを超えて過剰にＴｉ被覆することは望ましくないことが明らかである。この点では、ｃＢＮは、アルミニウム・マトリクスと直接的にはるかに強い接着を形成する利点を有するので、グリット・マトリクスとの組合せにおいて被覆を使用することは、一般に有利ではない。
【００４５】
金属マトリクスを形成する前にグリットに金属被覆を付着させる方法には、ＣＶＤ被覆技術、蒸着技術、スパッタ技術、プラズマ溶射、及び溶射が含まれる。さらに、ゾル・ゲル法などのある範囲の有機化学に基づく技術が使用できる。そのような方法では、グリットの表面が有機層によって作られ、有機物を荷う金属がその層に接着され、次いで有機物元素を除去し、炭化物を形成するために、真空又は制御された大気圧の下での回転ドラム炉などの熱加工が使用される。
【００４６】
一般に、ヤング率を最大化するために、最終の合成材料におけるダイアモンド又はｃＢＮの体積を最大化し、金属マトリクスの体積を最小化することが有利である。これは、最終的な形状が形成できるように最終的材料の十分な加工性を保持することとも均衡をとる必要がある。ダイアモンド又はｃＢＮグリットの体積での全含有率を増加させる特に有用な方法は、バイ・モーダル（ｂｉ−ｍｏｄａｌ）、トリ・モーダル（ｔｒｉ−ｍｏｄａｌ）、又はその他のマルチ・モーダルのグリット寸法分布を使用することである。例えば、バイ・モーダル・グリット分布では、より大きなグリット寸法の粒子間の隙間は、実質的により小さなグリット寸法を有するグリット粒子によって満たすことができる。トリ・モーダル分布では、最小のグリット寸法粒子が残りの隙間を満たすことができる。一般に、トリ・モーダル（又はバイ・モーダルで等価になった）グリット分布では、異なるグリットの寸法は、例えば４μｍ、０．４μｍ、及び４０ｎｍを含み、約１０倍変化する。マルチ・モーダル・グリット分布を使用する金属マトリクス構成部品において、体積で８０％よりも大きいグリット含有率を達成することができる。グリット寸法分布は、それに続いて金属マトリクス複合材料を加工することによってさらに変更でき、これも有利に使用できる。高いグリット密度（全体で最大稠密化した実体積と比較して）は、多孔質構造と組み合わせると特に有用であることができる。
【００４７】
例えば、アルミニウム・マトリクスを使用する場合に特に有益な組合せは、より大きなグリット寸法としては、好ましくは例えばＴｉによって被覆されたダイアモンド・グリットを使用し、より小さなグリット寸法としては被覆されていないｃＢＮを使用することである。これによって、グリット寸法が低下すると、グリットの被覆された表面積が急激に増大するので、被覆金属の全体の含有率が最小限に抑えられる。したがって、マルチ・モーダルのグリット分布の利益を得ながら、複合材料の密度も最小限に抑えることができる。
【００４８】
当分野で知られた、最終の金属マトリクスを形成するための多種多様な方法がある。例示によってのみ、少数の変形形態が本明細書に説明される。１つ又は複数のグリット寸法を選択し、化学研磨又は金属被覆などの任意の前加工を行った後に、金属マトリクス複合材料を形成する次の段階は、例えば、回転ドラム混合容器などの技術を用いて粉末の形でのマトリクス金属を全体的に混入することである。加工可能なストリップの形成は、それから、有機質結合材を任意に加え、結合材及びマトリクス混合物を含むストリップを注入し、押出し成形し、又は鋳造することを伴うことができる。次いで、このストリップは、圧延及び熱処理を含む一連のステージによって最終製品に圧縮成形される。
【００４９】
一般に、例えば、ステンレス鋼などから作製された支持ストリップの上に鋳造することによって、最初の圧縮成形されていない層又はストリップが形成されるが、用途によってはＦｅ、Ｎｉ、又はＣｏを基としたものを含むその他の金属が適切である。結合材を乾燥又は硬化させることによって、ストリップは、自己支持型ストリップの形に変換でき、それを支持ストリップから引き離した後に、取扱いに十分な、さらに機械的加工に十分な機械的結着性を有する。或いは、金属マトリクス・ストリップが支持ストリップによってなお支持されて、それに続く圧縮成形及び熱処理段階の一部又はすべてを行うことができ、金属マトリクス・ストリップが十分に機械的に堅固になり、又は最終的な形状に加工する状態になった後に分離が行われる。
【００５０】
次いで、最終製品の形成は、中間熱処理、ストリップの厚さを減らすこと、結合材を除去すること、ストリップを完全に稠密化すること、そして最後に、用途によって要求される厚さにストリップの厚さを減らすことを伴う一連の冷間又は熱間圧延段階を含むことができる。熱処理段階を制御することによって、最終的なストリップの加工硬化の度合いが制御できる。層が確実にローラを円滑に通過するように、標準的でよく知られた潤滑剤を使用することができる。
【００５１】
ストリップを形成する方法に関する２つの特定の変形形態を示す。
ａ）粉末が、ステンレス鋼製などの支持金属ストリップの上にドライキャスト（ｄｒｙ ｃａｓｔ）され、次いで結び付けられたストリップが少なくとも最初の圧延段階、及び任意で最初の熱処理段階を通過し、それから金属マトリクス複合材料ストリップが、支持ストリップから分離され、そして任意でさらに圧延／熱処理によって加工される。乾燥粉末に関する変形例としては、粉末を互いに水平に配置された２つのローラの間に直接的に下方に供給し、支持ストリップを使用しないで自己支持型ストリップを形成する。
ｂ）水および水に拡散又は溶解された結合材の混合物を加えることによって、乾燥粉末からスラリが形成される。一般に、結合材は、メチルセルロースなどのセルロース結合材である。結合材は、第１の圧縮成形ステップの後に熱処理ステップ中に粒子混合物から除去されるように注意深く選択される。任意で、二クロム酸カリウム又はその他の混合物に加えられる腐食防止剤があってもよい。次いでこのスラリは、ステンレス鋼などの金属支持ストリップの上に鋳造され、それから乾燥されて可撓性フィルムを形成する。このフィルムは、自己支持型であり、この段階で支持ストリップから分離できる。或いは、このフィルムは、例えば少なくとも最初の圧延段階、及び任意で最初の熱処理段階を通過して、支持ストリップ上でさらに加工することができ、それから金属マトリクス複合材料ストリップは、支持ストリップから分離され、そして任意でさらに圧延／熱処理によって加工される。
【００５２】
加工方法に関するその他の変形形態には、従来のプレス加工及び打抜き加工技術が含まれてもよい。単一又は複数段階の熱間プレス加工及び熱処理も、粉末を最終的な寸法及び形状に直接的に稠密化し、形成するための両方に使用できる。したがって、最終的な形状に形成することは、稠密化加工と一体化した１部分であることができ、又はストリップ、又は未加工の金属マトリクス複合材料のその他の様態に行われるその後に続く加工であることができる。後者の場合では、最終的な形状に形成することは、この場合も同様に冷間又は熱間プレス加工などの方法によるものであることができる。最終的な方法に形成するこれらの方法は、弾性率の大きい材料から１００％構成された構成部品を製造するのに使用されるものよりもかなり簡単明瞭である。
【００５３】
プレス加工及び同様の技術の特有の特徴は、最終形状の箔が、全体的に均一の厚さを有していないことである。特に、最初の平坦な層から偏りを形成するように伸張された領域は、より薄くなる傾向がある。金属マトリクス・スピーカ構成部品の場合には、３次元に湾曲した領域の頂点の付近の箔を薄くすること、及びボイス・コイルの装着点を形成するスカート部又は管状の延長部付近を厚くすることを含むスピーカの形状が特に有利な設計なので、それほど大きな強度を必要としない点で質量を低減し、したがって音響特性を向上させるという利点を得るためにこれを利用することができる。
【００５４】
或いは、特に、好ましくは部分的に稠密化され又は多孔質である最終形状に直接的に圧縮成形する場合には、最終的な構造体の中のダイアモンドの粒子の寸法、形状又は分布を制御し変化させること、及び同時に圧縮成形又は多孔質の度合いを変化させることも可能である。グリットの寸法及び形状は、鋳型へ加える点で制御することができ、または、これは行うのが複雑であるが、構造全体にわたる各点での圧縮成形の度合い及び状態によって制御できる。１つの例として、主として屈曲される最終的な構造体の領域は、より高度に多孔質にされ、それによって質量を増加させずに固さを増加させ、主として圧縮又は引っ張り領域は、より重く圧縮成形できる。これらの変形形態は、構造の外部の厚さを変更することへの付加又は代替としてのものであることができる。ツイータ構成部品の特定の場合には、構成部品の頂点は主として屈曲状態にあるので、これはより多孔質であり、より低い密度であることができ、したがって固さを増加させながら、質量が低減できるようにする。この場合に、厳密な設計及び多孔質の度合いによって、この領域での厚さを増加させ、又は減少させることができる。
【００５５】
本発明のツイータ構成部品は従来技術に比べて有利な点がいくつかある。特に、それはダイアモンド又はｃＢＮの極度に大きな固さによって促進された性能を提供する。ダイアモンド又はその他の超硬質粒子内容は、はるかにコストが少なくてすむので、固体ダイアモンド・ツイータ・ドームの固さに、より低いコストで近づくこともできる。さらに、最終的な形状に形成する方法としては、十分に確立され最終形状へのダイアモンド合成技術よりも汎用性のある技術を使用する。
【００５６】
さらに、理想的なツイータ構成部品は、作動帯域幅内又はその近くでの自然共振をまったく伴わない剛性の大きい構造を含む。作動帯域幅に近接するが、外側（例えば、動作の帯域幅の２オクターブ以内、及びさらには５オクターブ以内）にある共振でも、作動又は可聴帯域幅内で歪み又は倍音を生じる虞がある。金属マトリクス材料を注意深く調整することによって、大きい固さを得ると同時に、どのような振動の制振も達成することができ、したがって生成される音質をさらに高めることができる。
【００５７】
より従来からのスピーカ技術と比較して、ダイアモンド又はｃＢＮグリットを含む金属マトリクス構成部品は、より軽く、及び／又はより強固な解決策を提供する。
【００５８】
次に本発明を以下の限定されない例を参照して、例示によってのみ説明する。
【００５９】
「実施例１」
粉砕されたままの状態の６μｍのダイアモンド・グリットが充填物相として選択され、化学的に洗浄された。金属マトリクスは、Ａｌが選択され、これが７〜１５μｍの平均粒子寸法及び５３μｍよりも小さい最大粒子の制限を伴う９９．５％純Ａｌ粒子として調製された。次いで金属マトリクス材料の２つの構成部品が、混合ドラム内で体積％で２５％のダイアモンドと混合され、次いで水にメチルセルロースを加えることによってスラリに変えられた。次いで、一般に約１．２ｍｍの厚さ、３５〜４０％の密度の自己支持型フィルムを形成するために、ステンレス鋼支持ストリップの上に鋳造され、乾燥され、支持ストリップから分離された。第１の圧延段階及び熱処理サイクルによって約０．４５ｍｍの厚さ及び約８０％の密度、第２の圧延及び熱処理サイクルの後に０．４ｍｍの厚さ及び約９９％の密度、及び第３の圧延及び熱処理サイクルによって０．３５ｍｍの最大限の密度の層に低減された。これらの熱処理段階は、結合材を除去するために、窒素雰囲気内で一般に約６５０℃で行われた。最大密度層の厚さをさらに低減するために、複数の圧延通路を使用し、前の熱処理での厚さと比較した熱処理ごとの厚さは、約７０％であり、これを達成するための圧延通路の数は、約１０から約４０まで着実に増加された。この熱処理は、空気中で約４５０℃で行われた。これは、最終のストリップが５０μｍの厚さになるまで続き、最終の熱処理が完了した。
【００６０】
「実施例２」
混合及び圧縮成形の前に当分野で知られた方法によって、２０〜３０ｎｍの厚さの層を形成するためにＴｉによって予め被覆される点を除いて、実施例１の方法に従った。
【００６１】
「実施例３」
充填物が、実施例２でのＴｉによって予め被覆された６μｍのダイアモンド・グリットを体積で合計２０％まで含み、被覆されない０．６μｍのｃＢＮグリットを体積で合計１５％まで含んだ点を除いて、実施例１の方法に従った。
【００６２】
「実施例４」
３次元の固い構造体、特に図２及び図３に示されるスピーカ用のツイータ・ドームを形成するために、実施例１〜３で作製された材料が使用された。最大幅の点１２で２８ｍｍの直径を有したツイータ１０を形成するために、最終的な最大限の密度の形態でのストリップが、ステンレス鋼成形型を使用する鋳型内に熱間プレスされ、２４ｍｍの半径を有した球面のセグメントを形成した。さらに、縁部１４の周囲には直径が２８ｍｍの円筒形の部分を形成するリム１６があり、それは１ｍｍ延びボイス・コイル形成器（図示されない）用の取付け具の手段を提供した。
【００６３】
「実施例５」
自己支持型ストリップが、実施例１〜４に述べられたプロセスの初期段階に形成される前に、ある範囲の厚さに実施例１の方法によって作製され、最大稠密化が完了する前に除去された。特に、４５％、８０％、及び９５％の稠密化率を有し、及び厚さが５０μｍ〜２００μｍの材料が生産された。次いで、これらの材料は、図２及び図３に示されたものと同様な構成で、様々な稠密化の度合いを伴う最終形状のツイータ構成部品を形成するために、熱間及び冷間プレス加工技術を使用して最終形状に直接的に形成され、それから熱処理された。特に、材料は最大幅の点で２８ｍｍの直径のツイータを形成するために、ステンレス鋼成形型を使用する鋳型内に熱間プレスされ、２４ｍｍの半径を有した球面のセグメントを形成した。さらに、縁部の周囲には直径で２８ｍｍの円筒形の部分を形成するリムがあり、それは１ｍｍ延び、ボイス・コイル形成器（図示されない）用の取付け具の手段を提供した。
【００６４】
「実施例６」
実施例１に記述された様式でダイアモンド／アルミニウム・スラリが調製された。これは、次いで、一般に１３０μｍの厚さ、及び約３５％の密度の、ドームの頂点付近で１１０μｍに薄くされた自己支持型ドーム構造を形成するため、ステンレス鋼成形型を使用して最終的な形状に近似して鋳造され、乾燥され、成形型から分離された。これは、次いですべての点で６０μｍの厚さ、及び体積の大部分で稠密化が約７５％であるが、ドームの頂点で６４％に稠密化が低減されたドームを得るために、ステンレス鋼成形型を使用した２つの圧縮成形／熱処理段階を使用して最終的な形状に圧縮成形された。ドームの頂点付近の稠密化の低減によって、この領域でのグリット寸法が、わずかにより大きなグリット寸法分布を維持することが可能になった。第１の圧縮成形後の熱処理は、結合材を除去するために窒素雰囲気内で約６５０℃で行われ、第２の圧縮成形段階の後の熱処理は、Ａｌの加工硬化の度合いを制御するために低い温度範囲にわたるものであった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】アルミニウム・マトリクス内のダイアモンド充填物によって例示される、充填材の体積率の関数としての複合材料のヤング率又は固さ変化における上方及び下方の境界を示すグラフ。
【図２】本発明の構成部品の好ましい実施例の斜視図。
【図３】図２の構成部品の線３〜３での側断面図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部品に関し、より詳細には、剛性が大きく質量が小さい音響用構成部品に係るものである。また、本発明は、それらの製造に使用される複合材料、及びそのような複合材料及び構成部品を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
剛性が大きく質量が小さい構造を必要とする多くの用途がある。一般的な用途としては、実質的にそのすべての機械的な構成部品が、大きな剛性対質量比を有する必要のある航空宇宙産業におけるものである。
【０００３】
しかし、軽量であるが剛性の大きい物体に対しては、ある範囲のその他の用途がある。具体的な用途としては、音響スピーカ用駆動ユニットの製造であり、とりわけ高周波数の音の正確な再生用の高周波数ツイータがある。
【０００４】
人間の聴覚は、一般に、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲にわたると認識されている。したがって、高品質のスピーカ・システムは、少なくともこの周波数範囲にわたる周波数を正確に再生する必要がある。一般的な高性能スピーカは、電気信号を音波（圧縮波）に変換する機械的に効果のよいトランジューサである２個以上の駆動ユニットを使用する。各駆動ユニットは、可聴範囲の特定の部分をカバーする。駆動ユニットは、空気の粗密状態を生じさせる、前後に移動するピストンに近似できる。
【０００５】
小型ピストンは、高周波数で大音圧レベルを効果的に生成でき、より大きな直径のピストンは、より低周波数で同等の効率によって同等の音圧レベルを生み出すことが要求されることがよく知られている。一般に、２５ｍｍの直径の駆動ユニットは、２〜２０ｋＨｚの周波数範囲で動作でき、例えば１００〜２５０ｍｍの直径のより大きな駆動ユニットは、１００Ｈｚ以下の低さの範囲にある周波数を生成できる。しかし、より大きな駆動ユニットは、不要な振動又は分割振動の問題が生じる虞があるため、高周波数の音を生み出す目的では容易に使用できない。人間の耳は、これらの分割振動モードによる音の「色付け」に非常に敏感である。この理由により、高周波数の駆動ユニットは、小さい直径を有する。最近、人間の聴覚の認識範囲外にある周波数での分割振動モードの存在が、音源の可聴な劣化を生じる可能性があることが実証された。こうした理由から、歪みなしで２０ｋＨｚよりも高い周波数で動作できる駆動ユニットを製造するいくつかの試みがなされてきた。
【０００６】
理想的なスピーカは、その感度を向上させるための非常に小さい質量、及び可聴の出力に悪影響を与える可能性のある動作の周波数スペクトル又はその近くでの共振をまったく伴わない、非常に大きな剛性を有するはずである。実際のツイータ・デバイスのすべては、当然、質量及び同時に共振を有する。スーパー・オーディオ・フォーマット（Ｓｕｐｅｒ Ａｕｄｉｏ ｆｏｒｍａｔ）（ＳＡＣＤ及びＤＶＤＡ）と呼ばれるものなどの音響媒体及び増幅システムの発展により、例えば、約２２ｋＨｚの標準のＣＤの帯域幅の上限と比較して、最新式のスピーカの駆動に提供される周波数範囲が９６ｋＨｚもの高さまで拡張される。
【０００７】
より大きなヤング率及びより低密度の材料を使用して製造された、より軽量でより剛性のあるツイータ構造体は、より高周波数の共振を示すことがよく知られている。したがって、ツイータにダイアモンドを使用することがよいと報告されている。従来技術には、ある範囲の手段によって製造されたスピーカ・ドームの様々な構成が記録されているが、報告された性能の利点は、一般に芳しくなく、そのようなスピーカ・ドームは、広範囲に使用される状態のものではない。Ａｌ、Ｂｅ、及びプラスチックなどのその他の材料、及びある範囲の幾何学的形状に基づいたツイータ・デバイスには、実質的な従来技術もある。
【０００８】
米国特許第５５５６４６４号は、スピーカ用ダイアモンド・ドームの使用を開示し、縁部のひび割れの拡大を制御するように設計された様式で、一体式の平面のフランジの縁部を終端させる必要を詳細に記載している。ドイツ特許ＤＥ１００４９７４４号は、ドームの縁部が支持されないように、ボイス・コイル形成器の上に凹型に取り付けられたダイアモンドのドームの使用を記載している。このタイプの幾何学的形状は、出力音を色付けする可能性のある、ドーム構造内の不要な共振のある範囲に対処する。さらに最近になって、Ｂｏｗｅｒｓ ａｎｄ Ｗｉｌｋｉｎｓ（英国のＷｅｓｔ Ｓｕｓｓｅｘ州Ｗｏｒｔｈｉｎｇ Ｄａｌｅ ＲｏａｄのＢ＆Ｗ Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ Ｌｔｄ社）は、ダイアモンドのドームを使用した一連のスピーカを売り出し、その設計は同時係属の英国特許出願第ＧＢ０４８４５８．８号及び２００４年１１月１７日にＢ＆Ｗによって出版された技術注記（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｎｏｔｅ）「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｂ＆Ｗ ８００Ｄ」に記載されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、構成部品、とりわけ音響用構成部品が、金属又は合金マトリクスに埋め込まれた超硬質の材料の粒子又はグリットにより形成された箔（フォイル）体を含む。
【００１０】
超硬質の粒子又はグリットは、好ましくはダイアモンド又はｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素粒子又はグリット）である。
【００１１】
金属又は合金マトリクスにダイアモンド又はｃＢＮの粒子又はグリットを埋め込み、次いで、それを薄い箔体、特に３次元構造体に製造することによって、構成部品は、金属又は合金単体での使用によって得られるよりも大きい比ヤング率、及び／又は小さい密度を有する。
【００１２】
金属又は合金マトリクスは、好ましくは、大きな比固さを有する金属（純金属又は合金）を含む。そのような金属には、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、チタン等が含まれてもよい。
【００１３】
本発明の好ましい実施例では、音響用構成部品は、ドーム・セグメント(部片)を含む。
【００１４】
構成部品の形状は、好ましくは球面状セグメントである。音響用構成部品のためのその他の好ましい形状は回転対称軸線を有し曲率半径の急激な変化のない楕円体、放物体、及び双曲線体のセグメントであり、対称軸線の周りで楕円又はその他の円錐断面のセグメントを回転させることによって定義される。
【００１５】
好ましくは、構成部品は、スピーカ・ドームとしての使用に適するように一体のコイル取付けフランジ又は管を有する。
【００１６】
本発明の特に好ましい実施例では、構成部品は、高性能のツイータとしての使用に適する。
【００１７】
本発明は、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、及びチタン並びにそれらの組合せから選択された金属を含む金属又は合金マトリクスに埋め込まれたダイアモンド粒子又はグリットを含む複合材料に及ぶ。
【００１８】
本発明は、金属又は合金マトリクスに埋め込まれたダイアモンド粒子又はグリットから形成された箔体を含む複合材料にも及び、そのダイアモンド粒子又はグリットは化学蒸着によって形成されている。
【００１９】
本発明はさらに、超硬質の研磨用粒子又はグリット、及び金属マトリクス材料の素材を提供するステップと、複合ストリップ又は箔を形成するために超硬質の研磨用粒子又はグリット、及び金属マトリクス材料を共に圧縮成形するステップと、複合ストリップ又は箔を３次元構造体に形成するステップとを含む、比較的大きな剛性及び小さな質量を有する３次元構造体を製造する方法に及ぶ。
【実施例】
【００２０】
次に本発明を添付の図面を参照して例示のみによって、より詳細に説明する。
【００２１】
本発明は、剛性があり３次元であり比較的小さい質量を有する構成部品の形成を対象とする。構成部品は、超硬質粒子又はグリット、好ましくはダイアモンド及び／又はｃＢＮ粒子又はグリットと共に埋め込まれた金属又は合金マトリクス複合材料から形成された箔体を含む。構成部品は、例えば音響用途などの大きな剛性及び小さな質量の組合せが要求される用途に使用できる。
【００２２】
明確にするために、用語のうちのいくつかが下記に定義される。
【００２３】
固さ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）は、材料の弾性率（ヤング率）に関する特定の技術用語である。
固さ＝ヤング率＝Ｅ
【００２４】
しばしば、第２の重要なパラメータは、材料の密度であり、したがって別の用語が、
比固さ＝Ｅ／ρ、ここでρ＝密度
として定義される。
【００２５】
しかし、同じ固さの材料を使用しても、例えば、平板の上のＩ型ビームを比較すると、他のものよりもコンプライアンス（追従性）がはるかに低い構造を構築することが可能である。
したがって、
剛性（ｒｉｇｉｄｉｔｙ）＝曲げによる変形に対する構造の耐性
【００２６】
構造用形態の特定の例では、構造体の剛性が、その密度及びその厚さの３乗に比例して変化する。剛性は、曲げに対するものであることに留意されたい。圧縮に対して、変形はほぼ密度に反比例し、厚さに反比例して変化する。
【００２７】
構造形態又は部分的に稠密化された材料では、さらなる重要なパラメータは、シート（薄板）密度即ちシートの単位面積当たりの密度である。
シート密度＝ρ／Ａ、ここで、Ａ＝シートの平面での面積
【００２８】
好ましくは楕円又はその他の円錐断面の回転によって定義される球面のドーム又は同様の３次元構造体では、剛性は、構造の壁又は殻部の厚さの関数であり、同時にドーム（又は同様の３次元構造体）が一部分を形成する球面（又はその他の構造）の曲率半径、及びドーム（又は同様の３次元構造）を形成する球面（又はその他の構造）の割合などのパラメータの関数でもある。
【００２９】
これらの固さ、比固さ、剛性、及びシート密度の定義は、本明細書全体を通して用いられる。
【００３０】
ダイアモンド又はｃＢＮを混入した金属又は合金マトリクス複合材料から形成される３次元構成部品又は本体は、以下の基準のうちの１つ又は複数を満たすことが好ましい。
ａ）箔体は、薄い層から形成され、特に箔体を形成する層の厚さは、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、さらにより好ましくは１００μｍ以下、さらにより好ましくは７０μｍ以下、最も好ましくは５０μｍ以下である。
ｂ）箔体を形成する層の厚さは、好ましくは５μｍを超え、より好ましくは１０μｍを超え、さらにより好ましくは２０μｍを超え、さらにより好ましくは３０μｍを超え、最も好ましくは４０μｍを超える。
ｃ）箔体は、好ましくは全体積密度で２％を超え、より好ましくは５％を超え、より好ましくは１０％を超え、より好ましくは２０％を超え、より好ましくは３０％を超え、より好ましくは４０％を超え、最も好ましくは５０％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ、或いはこの２つの混合物を含むことが好ましい。
ｄ）圧縮成形前の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法は、好ましくは６０μｍよりも小さく、より好ましくは３０μｍよりも小さく、さらにより好ましくは２０μｍよりも小さく、さらにより好ましくは１５μｍよりも小さく、最も好ましくは１０μｍよりも小さい（マルチ・モーダル（多数モード）のグリット分布において、この制限は使用される最大グリット寸法に関連する）。
ｅ）平均径によって特徴付けられるグリットの寸法は、好ましくは０．２μｍよりも大きく、より好ましくは０．５μｍよりも大きく、さらにより好ましくは１μｍよりも大きく、最も好ましくは４μｍよりも大きい（多数モードのグリット分布において、この制限は使用される最大グリットの寸法に関連する）。
ｆ）金属マトリクス・ストリップの最終厚さへの圧縮成形前の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法の比率は、好ましくは０．５よりも小さく、より好ましくは０．４よりも小さく、さらにより好ましくは０．３よりも小さく、さらにより好ましくは０．２５よりも小さく、最も好ましくは０．２２よりも小さい（多数モードのグリット分布で、この制限は使用される最大グリットの寸法に関連する）。
ｇ）金属マトリクス・ストリップの最終の厚さへの圧縮成形前の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法の比率は、好ましくは０．０５よも大きく、より好ましくは０．１よりも大きく、さらにより好ましくは０．１５よりも大きく、さらにより好ましくは０．１８よりも大きく、最も好ましくは０．２よりも大きい（多数モードのグリット分布において、この制限は使用される最大グリット寸法に関連する）。
ｈ）金属マトリクス・ストリップの最終の厚さへの圧縮成形後の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法の比率は、好ましくは０．３よりも小さく、より好ましくは０．２５よりも小さく、最も好ましくは０．２２よりも小さい（多数モードのグリット分布で、この制限は使用される最大グリットの寸法に関連する）。
ｉ）金属マトリクス・ストリップの最終の厚さへの圧縮成形後の平均径によって特徴付けられるグリットの寸法の比率は、好ましくは０．０５よりも大きく、より好ましくは０．１よりも大きく、さらにより好ましくは０．１５よりも大きく、さらにより好ましくは０．１８よりも大きく、最も好ましくは０．２よりも大きい（多数モードのグリット分布で、この制限は使用される最大グリットの寸法に関連する）。
ｊ）箔体を形成する層は、稠密化（ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ）され、好ましくは最大限に稠密化され、又は部分的にのみ稠密化され、又は多孔質にすることができる。
【００３１】
特に本発明は、そのような構成部品をスピーカ駆動ユニットの用途に使用することに関する。
【００３２】
上記の基準のうちのいずれかによって製造された構成部品は、スピーカ・ドームとしての使用に適するように一体のコイル取付けフランジ又は管を有することのできるドーム・セグメントにできる。特に、構成部品は、高性能ツイータ構成部品である。好ましくは、ツイータ構成部品は、本質的に周囲からの影響のない理想的な取付けで試験された場合、以下のうちの１つ又は複数の特性を示す。
ａ）３１ｋＨｚよりも高い、好ましくは４５ｋＨｚよりも高い、より好ましくは５５ｋＨｚよりも高い、さらにより好ましくは６５ｋＨｚよりも高い、最も好ましくは７５ｋＨｚよりも高い分割振動周波数。
ｂ）５ｄＢよりも小さく、好ましくは３ｄＢよりも小さく、より好ましくは２ｄＢよりも小さく、さらにより好ましくは１ｄＢよりも小さく、最も好ましくは０．５ｄＢよりも小さい、２０ｋＨｚ、好ましくは３０ｋＨｚ、より好ましくは４０ｋＨｚ、さらにより好ましくは５０ｋＨｚで測定される位相の減衰を可能にする、モデル化された理想の軸上応答曲線からの軸上応答曲線での偏り。
ｃ）５ｄＢよりも小さく、好ましくは３ｄＢよりも小さく、より好ましくは２ｄＢよりも小さく、より好ましくは１ｄＢよりも小さく、最も好ましくは０．５ｄＢよりも小さい、２０ｋＨｚ、好ましくは３０ｋＨｚ、より好ましくは４０ｋＨｚ、より好ましくは５０ｋＨｚで測定される位相の減衰を可能にする、フラット応答からの軸上応答曲線での偏り。
【００３３】
上述の特性ａ）からｃ）までのうちの１つ又は複数を示すツイータ構成部品は、高性能のツイータ構成部品として当業者によって一般に説明される。
【００３４】
上述の仕様に対するツイータは、ソリッド・ダイアモンド・ツイータよりも低コストで最新式の音源用の出力をもたらし、ソリッド・ダイアモンド・ツイータに対するその他の代替物よりも高い音質の出力をもたらすために使用できる。
【００３５】
本発明の本実施例の好ましい変形例では、高性能のツイータ・ドームが以下の基準のうちの１つ又は複数に対して製造される。
ａ）ツイータ構成部品の形状は、聴取者の側から見た場合に凸型である。
ｂ）ツイータ構成部品の形状は、球面ドームに基づいている。
ｃ）ツイータ構成部品の形状は、軸対称であり、楕円に基づいており、その楕円では、２つの軸ａ、ｂ（但し、ａ≧ｂ）は、ａ／ｂが１．５よりも小さく、好ましくは１．２よりも小さく、より好ましくは１．１よりも小さく、さらにより好ましくは１．０５よりも小さく、最も好ましくは１．０１よりも小さい。
ｄ）ツイータ構成部品の形状は軸対称であり、湾曲した部分は、１つの円錐断面を取り、それを対称軸の周りで回転させることによって形成され、円錐断面は、適切な幾何学的形状の円錐の回転対称軸に平行な平面によって定義される。
ｅ）ツイータ構成部品は、それにボイス・コイル用形成器を直接的に提供し、或いはそれに、例えば、Ａｌ又はＫａｐｔｏｎ（登録商標）から作製された別個のボイス・コイル形成器用の機械的な取付け具の手段を提供する一体の軸方向の管構成部品で製造される。
ｆ）ツイータ構成部品は、層の平面及びその厚さ全体にわたる両方での層又はシート厚さ、稠密化の度合い、又は厚さ全体の稠密化の分布、又は存在するところのグリット粒子の分布を局部的に変更する手段によって、特定のプロファイルのシート密度及び局部的な剛性を有するように製造され、好ましくはこれらのパラメータのプロファイルは、構成部品及びスカート部の縁部、又はボイス・コイル取付け部の領域での剛性を特に向上させ、構成部品の中央領域の質量を特に低減させるように選択される。
ｇ）ツイータ構成部品の３次元曲線部分の直径は、下方に見た場合、その回転対称軸が２０ｍｍを超え、好ましくは２４ｍｍを超え、より好ましくは２６ｍｍを超え、さらにより好ましくは２８ｍｍを超え、最も好ましくは３０ｍｍを超える。
ｈ）ツイータ構成部品の曲率半径は一定であり、１５ｍｍを超え、好ましくは１８ｍｍを超え、より好ましくは２０ｍｍ、さらにより好ましくは２２ｍｍを超え、最も好ましくは２４ｍｍを超える。
ｉ）ツイータ構成部品の曲率半径は一定でなく、すべての点で１５ｍｍを超え、好ましくは１８ｍｍを超え、より好ましくは２０ｍｍ、さらにより好ましくは２２ｍｍを超え、最も好ましくは２４ｍｍを超える。
【００３６】
金属又は合金内に埋め込まれたグリットからなる複合材料から形成される十分に稠密化された本体の場合には、複合材料の固さの増加は、２つの材料のヤング率に依存する。一般に、充填材の固さはマトリクス材料よりもはるかに大きい。例えば、ダイアモンドは、約１０００ＧＰａのヤング率を有し、アルミニウムは、８０ＧＰａのヤング率しか有していない。したがって、ダイアモンドは、アルミニウムより１０倍の固さを有する。複合材料の固さは、２つの限界値の間にあると想定できる。最良の場合には、それは、混合の法則に一致し、最悪の場合には、剛性は、以下の関係を使用して計算される。
Ｅｃ＝１／（Ｖｆ／Ｅｆ）＋（（１−Ｖｆ）／Ｅｍ）
ここで、
Ｅｃ＝複合材料の弾性率
Ｖｆ＝充填物の体積率
Ｅｆ＝充填物のヤング率
Ｅｍ＝マトリクスのヤング率。
【００３７】
データは、アルミニウム及びダイアモンドからなる複合材料に関して添付の図１にプロットされている。このデータから、複合材料の弾性率をできる限り大きくすることを確実にするために、大きい弾性率の充填物が大きい割合で要求されることが理解できる。性能の最大の増加は、充填率を８０％よりも大きく増加させることによって達成される。この充填率は、単一モード（モノ・モーダル）の球形粉末を最密構造にすることによって理論的に得ることができる充填率を実際に超えており、後述されるようなマルチ・モーダルのグリット分布を使用する利点を示している。
【００３８】
高い比固さ構造体を作製する別の方法は、間隙の体積の大部分を占有されない状態にする、即ち部分的に稠密化された又は多孔質構造にすることである。この方法は、いくつかの利点を有する。第１に、充填物が使用される場合、弾性率の大きい充填物粒子が互いに接触し、優れた固さを与える。第２に、構造の密度が小さくなり、したがって所与の厚さに対する質量も低下する。有効密度が低下するため、構造体を厚くして使用できるという利点が得られる。そのような部分的に稠密化した、又は多孔質の構造体を作製することにより、材料を製造し、形成して形作る手段を制限できる。１つの方法では、弾性率の大きな充填物が、所定の厚さの適切な金属層によって被覆される。次いで、被覆された粉末は、有機質結合材（例えば、ポリエチレン・グレコール、ＰＥＧなど）を使用してプレス加工されてニアネット・シェイプの圧粉体にされ、最後に、部分的に稠密化され、しかも一体の構造を作製するために焼結される。
【００３９】
超硬質グリットなどを含む部分的に稠密化された金属材料では、最終形状の密度は、構成部品の厚さ全体にわたって、又は最大長を横切って選択的に変化できる。したがって、構成部品を形成する層は、層の平面及びその厚さ全体にわたる両方での層又はシート厚さ、稠密化の度合い、又は厚さ全体にわたる稠密化の分布、又は存在するところでのグリット粒子の分布を局部的に変える手段によって、特定の特性のシート密度及び局部的な剛性を有して製造できる。これにより、例えば、層の表面での材料の密度を内部と比較して増加させることによって、所与の厚さ及び質量に関する剛性が増大される。或いは、グリットが存在するところでは、層の表面でのグリット粒子の密度を内部と比較して増加させることによって、同時に所与の厚さ及び質量に関する剛性が増加する。これらの２つの効果は、互いに結び付けることができ、又は層の厚さの変化と結び付けることができる。多くの異なる可能性に対する最適の選択は、構成部品の正確な幾何学的形状、及び使用される製造方法の詳細に依存する。
【００４０】
一般的な金属マトリクス複合材料は、アスペクト比が大きく固さの大きい充填物相を使用する。第１に、マトリクス相と比較した充填物のヤング率の違いが大きいほど、充填物相を形成する粒子のアスペクト比の利点がより大きくなる。圧縮成形によって形成されるシートの場合、特に充填物相がダイアモンド又はｃＢＮの場合、繰り返しの圧縮成形及び圧延段階中に起こる粒子の寸法／形状の微細化は、アスペクト比の高いダイアモンド粒子を加えることの利点を制限するので、特にダイアモンドが高温高圧（ＨＰＨＴ）人造ダイアモンド又は天然ダイアモンドである場合には、大まかに等軸にされたグリット粒子が一般に好ましい。
【００４１】
金属Ａｌの密度は２．７ｇ／ｃｍ３である。ダイアモンドの密度は、わずかに高く３．５１ｇ／ｃｍ３である。したがって合成材料の密度は、ダイアモンド含有率の増加に伴ってわずかに上昇するが、固さの上昇よりもはるかに遅い。しかし、部分的に稠密又は多孔質の構造の場合、剛性がさらに増加できる一方で、密度は混合材料を形成する材料の密度の加重平均よりも小さく、２．７ｇ／ｃｍ３未満に小さくできる。
【００４２】
ダイアモンド又はｃＢＮグリットは、当分野で周知のいくつかの方法によって調製できる。例えば、グリットは、ダイアモンド又はｃＢＮ超硬質材料を粉砕することによって調製でき、それを注意深く制御することによって、アスペクト比即ちグリット粒子の形状寸法の最大と最小の間の変化の基準である「ブロッキネス」がある範囲で変化するグリット形態を提供できる。粉砕した後に、グリットは、サイズ選別及び化学的な丸みだし又は研磨加工を含むさらなる加工を受けることができる。ダイアモンド及びｃＢＮは、異なるグリットの寸法範囲で得ることができる。例えば、ナノ・ダイアモンドは、一般に５〜１００ｎｍの範囲の寸法で得られ、爆発合成、レーザ合成、及びその他の技術によって形成できる。より大きな寸法には、例えば５０ｎｍの寸法の広がりを伴って入手可能な０．１μｍ〜１μｍの範囲のサブミクロン・グリット、及び１μｍ〜２０μｍ以上の範囲を包含するミクロン寸法のグリットが含まれる。より大きなグリット寸法が、高圧高温技術を使用したプレス加工で一般に合成されるが、その他の適切な方法が使用できる。
【００４３】
グリットを作製するさらなる新規な方法が、多結晶ＣＶＤダイアモンド合成によるものである。ある種の成長状態の下では、高成長速度で円柱状の粒を形成することが可能であり、それは、十分に連晶せず、化学エッチング及び粉砕などの方法によって分離することができる。注意深い調製によって、一般的に１．２を超え、より一般的には１．５を超え、さらにより一般的には２．０を超え、最も一般的には３．０を超えるアスペクト比を有する粒子を形成できる。この点で、そのようなダイアモンド・グリットは一般的でない。はるかに大きいアスペクト比を有するグリットも可能であるが、これらは、圧縮成形段階の間に完全な状態のまま残らないため、一般に、製品に有用な利点をもたらさない。さらに平面基材上のＣＶＤ成長プロセスに存在する固有の成長方向のために、多結晶のダイアモンド層に形成される個々のＣＶＤダイアモンド結晶の内部成長形態のため、本発明の圧縮成形及び圧延の段階の間、それらを等軸粒子形態に縮小することに対してＨＰＨＴグリットよりも影響を受けにくい。これによって、金属マトリクス合成材料の形成が可能になり、そこでは、粒子の長径が好ましい配向に分布する場合、固さが特定の平面又は方向で向上し、又、配向がランダムな場合、固さの全体的な上昇が促進される。いくつかの例では、圧延の間、破断及び寸法の低下は起こらないが、破断平面は、最初のＣＶＤ成長方向を含み又はその近くに存在することが好ましく、それによって材料のより高いアスペクト比を維持し又は促進する。圧縮成形及び／又は圧延後のそのような非等軸粒子の厳密な配向分布は、それに続く加工段階の詳細に依存する。非等軸のダイアモンド結晶又はダイアモンド粒子の使用は、ニアネット・シェイプに直接的に形成された多孔質の圧縮成形物で特に有利である。非等軸ＣＶＤダイアモンドの別の形式は、例えば微細なフィラメントの上に成長する多結晶のウィスカであり、その後フィラメントは、化学的に除去できる。それらも同様に使用できるが、それらは上述の非等軸ＣＶＤダイアモンドの利点のいくつかを欠いている。
【００４４】
グリットは被覆なしで使用できる。あるいは、グリットは被覆されることができる。特に、マトリクス材料をダイアモンド又はｃＢＮグリット粒子に強固に接着するのに有利である。これは、ダイアモンド・グリットの表面で共有性炭化物を形成することにより、ダイアモンド・グリットにおいて最も良く達成される。一般に、これはＴｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｖａ、Ｎｂ、Ｚｒなどの金属を用いて粒子を被覆し、ダイアモンドとの反応によって、関連する炭化物を形成することによって作製できる。グリット粒子を被覆するために様々な手段が使用でき、最終製品の密度への影響を最小に抑えることが可能な最も薄い層を使用して最大表面被覆率を達成することが重要な要素である。例えば、Ｔｉ被覆を使用すると、層の厚さは、一般に５ｎｍ〜８０ｎｍの範囲であり、より好ましくは１０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲である。ダイアモンド上のチタン被覆は、アルミニウム炭化物が大部分は共有結合でなくイオン結合なので、金属マトリクスがアルミニウム又はアルミニウム合金の場合に特に有益である。Ｔｉ金属の密度は４．５１ｇ／ｃｍ３である。したがって、ダイアモンドをＡｌマトリクスに強固に接着するために要求されるものを超えて過剰にＴｉ被覆することは望ましくないことが明らかである。この点では、ｃＢＮは、アルミニウム・マトリクスと直接的にはるかに強い接着を形成する利点を有するので、グリット・マトリクスとの組合せにおいて被覆を使用することは、一般に有利ではない。
【００４５】
金属マトリクスを形成する前にグリットに金属被覆を付着させる方法には、ＣＶＤ被覆技術、蒸着技術、スパッタ技術、プラズマ溶射、及び溶射が含まれる。さらに、ゾル・ゲル法などのある範囲の有機化学に基づく技術が使用できる。そのような方法では、グリットの表面が有機層によって作られ、有機物を荷う金属がその層に接着され、次いで有機物元素を除去し、炭化物を形成するために、真空又は制御された大気圧の下での回転ドラム炉などの熱加工が使用される。
【００４６】
一般に、ヤング率を最大化するために、最終の合成材料におけるダイアモンド又はｃＢＮの体積を最大化し、金属マトリクスの体積を最小化することが有利である。これは、最終的な形状が形成できるように最終的材料の十分な加工性を保持することとも均衡をとる必要がある。ダイアモンド又はｃＢＮグリットの体積での全含有率を増加させる特に有用な方法は、バイ・モーダル（ｂｉ−ｍｏｄａｌ）、トリ・モーダル（ｔｒｉ−ｍｏｄａｌ）、又はその他のマルチ・モーダルのグリット寸法分布を使用することである。例えば、バイ・モーダル・グリット分布では、より大きなグリット寸法の粒子間の隙間は、実質的により小さなグリット寸法を有するグリット粒子によって満たすことができる。トリ・モーダル分布では、最小のグリット寸法粒子が残りの隙間を満たすことができる。一般に、トリ・モーダル（又はバイ・モーダルで等価になった）グリット分布では、異なるグリットの寸法は、例えば４μｍ、０．４μｍ、及び４０ｎｍを含み、約１０倍変化する。マルチ・モーダル・グリット分布を使用する金属マトリクス構成部品において、体積で８０％よりも大きいグリット含有率を達成することができる。グリット寸法分布は、それに続いて金属マトリクス複合材料を加工することによってさらに変更でき、これも有利に使用できる。高いグリット密度（全体で最大稠密化した実体積と比較して）は、多孔質構造と組み合わせると特に有用であることができる。
【００４７】
例えば、アルミニウム・マトリクスを使用する場合に特に有益な組合せは、より大きなグリット寸法としては、好ましくは例えばＴｉによって被覆されたダイアモンド・グリットを使用し、より小さなグリット寸法としては被覆されていないｃＢＮを使用することである。これによって、グリット寸法が低下すると、グリットの被覆された表面積が急激に増大するので、被覆金属の全体の含有率が最小限に抑えられる。したがって、マルチ・モーダルのグリット分布の利益を得ながら、複合材料の密度も最小限に抑えることができる。
【００４８】
当分野で知られた、最終の金属マトリクスを形成するための多種多様な方法がある。例示によってのみ、少数の変形形態が本明細書に説明される。１つ又は複数のグリット寸法を選択し、化学研磨又は金属被覆などの任意の前加工を行った後に、金属マトリクス複合材料を形成する次の段階は、例えば、回転ドラム混合容器などの技術を用いて粉末の形でのマトリクス金属を全体的に混入することである。加工可能なストリップの形成は、それから、有機質結合材を任意に加え、結合材及びマトリクス混合物を含むストリップを注入し、押出し成形し、又は鋳造することを伴うことができる。次いで、このストリップは、圧延及び熱処理を含む一連のステージによって最終製品に圧縮成形される。
【００４９】
一般に、例えば、ステンレス鋼などから作製された支持ストリップの上に鋳造することによって、最初の圧縮成形されていない層又はストリップが形成されるが、用途によってはＦｅ、Ｎｉ、又はＣｏを基としたものを含むその他の金属が適切である。結合材を乾燥又は硬化させることによって、ストリップは、自己支持型ストリップの形に変換でき、それを支持ストリップから引き離した後に、取扱いに十分な、さらに機械的加工に十分な機械的結着性を有する。或いは、金属マトリクス・ストリップが支持ストリップによってなお支持されて、それに続く圧縮成形及び熱処理段階の一部又はすべてを行うことができ、金属マトリクス・ストリップが十分に機械的に堅固になり、又は最終的な形状に加工する状態になった後に分離が行われる。
【００５０】
次いで、最終製品の形成は、中間熱処理、ストリップの厚さを減らすこと、結合材を除去すること、ストリップを完全に稠密化すること、そして最後に、用途によって要求される厚さにストリップの厚さを減らすことを伴う一連の冷間又は熱間圧延段階を含むことができる。熱処理段階を制御することによって、最終的なストリップの加工硬化の度合いが制御できる。層が確実にローラを円滑に通過するように、標準的でよく知られた潤滑剤を使用することができる。
【００５１】
ストリップを形成する方法に関する２つの特定の変形形態を示す。
ａ）粉末が、ステンレス鋼製などの支持金属ストリップの上にドライキャスト（ｄｒｙ ｃａｓｔ）され、次いで結び付けられたストリップが少なくとも最初の圧延段階、及び任意で最初の熱処理段階を通過し、それから金属マトリクス複合材料ストリップが、支持ストリップから分離され、そして任意でさらに圧延／熱処理によって加工される。乾燥粉末に関する変形例としては、粉末を互いに水平に配置された２つのローラの間に直接的に下方に供給し、支持ストリップを使用しないで自己支持型ストリップを形成する。
ｂ）水および水に拡散又は溶解された結合材の混合物を加えることによって、乾燥粉末からスラリが形成される。一般に、結合材は、メチルセルロースなどのセルロース結合材である。結合材は、第１の圧縮成形ステップの後に熱処理ステップ中に粒子混合物から除去されるように注意深く選択される。任意で、二クロム酸カリウム又はその他の混合物に加えられる腐食防止剤があってもよい。次いでこのスラリは、ステンレス鋼などの金属支持ストリップの上に鋳造され、それから乾燥されて可撓性フィルムを形成する。このフィルムは、自己支持型であり、この段階で支持ストリップから分離できる。或いは、このフィルムは、例えば少なくとも最初の圧延段階、及び任意で最初の熱処理段階を通過して、支持ストリップ上でさらに加工することができ、それから金属マトリクス複合材料ストリップは、支持ストリップから分離され、そして任意でさらに圧延／熱処理によって加工される。
【００５２】
加工方法に関するその他の変形形態には、従来のプレス加工及び打抜き加工技術が含まれてもよい。単一又は複数段階の熱間プレス加工及び熱処理も、粉末を最終的な寸法及び形状に直接的に稠密化し、形成するための両方に使用できる。したがって、最終的な形状に形成することは、稠密化加工と一体化した１部分であることができ、又はストリップ、又は未加工の金属マトリクス複合材料のその他の様態に行われるその後に続く加工であることができる。後者の場合では、最終的な形状に形成することは、この場合も同様に冷間又は熱間プレス加工などの方法によるものであることができる。最終的な方法に形成するこれらの方法は、弾性率の大きい材料から１００％構成された構成部品を製造するのに使用されるものよりもかなり簡単明瞭である。
【００５３】
プレス加工及び同様の技術の特有の特徴は、最終形状の箔が、全体的に均一の厚さを有していないことである。特に、最初の平坦な層から偏りを形成するように伸張された領域は、より薄くなる傾向がある。金属マトリクス・スピーカ構成部品の場合には、３次元に湾曲した領域の頂点の付近の箔を薄くすること、及びボイス・コイルの装着点を形成するスカート部又は管状の延長部付近を厚くすることを含むスピーカの形状が特に有利な設計なので、それほど大きな強度を必要としない点で質量を低減し、したがって音響特性を向上させるという利点を得るためにこれを利用することができる。
【００５４】
或いは、特に、好ましくは部分的に稠密化され又は多孔質である最終形状に直接的に圧縮成形する場合には、最終的な構造体の中のダイアモンドの粒子の寸法、形状又は分布を制御し変化させること、及び同時に圧縮成形又は多孔質の度合いを変化させることも可能である。グリットの寸法及び形状は、鋳型へ加える点で制御することができ、または、これは行うのが複雑であるが、構造全体にわたる各点での圧縮成形の度合い及び状態によって制御できる。１つの例として、主として屈曲される最終的な構造体の領域は、より高度に多孔質にされ、それによって質量を増加させずに固さを増加させ、主として圧縮又は引っ張り領域は、より重く圧縮成形できる。これらの変形形態は、構造の外部の厚さを変更することへの付加又は代替としてのものであることができる。ツイータ構成部品の特定の場合には、構成部品の頂点は主として屈曲状態にあるので、これはより多孔質であり、より低い密度であることができ、したがって固さを増加させながら、質量が低減できるようにする。この場合に、厳密な設計及び多孔質の度合いによって、この領域での厚さを増加させ、又は減少させることができる。
【００５５】
本発明のツイータ構成部品は従来技術に比べて有利な点がいくつかある。特に、それはダイアモンド又はｃＢＮの極度に大きな固さによって促進された性能を提供する。ダイアモンド又はその他の超硬質粒子内容は、はるかにコストが少なくてすむので、固体ダイアモンド・ツイータ・ドームの固さに、より低いコストで近づくこともできる。さらに、最終的な形状に形成する方法としては、十分に確立され最終形状へのダイアモンド合成技術よりも汎用性のある技術を使用する。
【００５６】
さらに、理想的なツイータ構成部品は、作動帯域幅内又はその近くでの自然共振をまったく伴わない剛性の大きい構造を含む。作動帯域幅に近接するが、外側（例えば、動作の帯域幅の２オクターブ以内、及びさらには５オクターブ以内）にある共振でも、作動又は可聴帯域幅内で歪み又は倍音を生じる虞がある。金属マトリクス材料を注意深く調整することによって、大きい固さを得ると同時に、どのような振動の制振も達成することができ、したがって生成される音質をさらに高めることができる。
【００５７】
より従来からのスピーカ技術と比較して、ダイアモンド又はｃＢＮグリットを含む金属マトリクス構成部品は、より軽く、及び／又はより強固な解決策を提供する。
【００５８】
次に本発明を以下の限定されない例を参照して、例示によってのみ説明する。
【００５９】
「実施例１」
粉砕されたままの状態の６μｍのダイアモンド・グリットが充填物相として選択され、化学的に洗浄された。金属マトリクスは、Ａｌが選択され、これが７〜１５μｍの平均粒子寸法及び５３μｍよりも小さい最大粒子の制限を伴う９９．５％純Ａｌ粒子として調製された。次いで金属マトリクス材料の２つの構成部品が、混合ドラム内で体積％で２５％のダイアモンドと混合され、次いで水にメチルセルロースを加えることによってスラリに変えられた。次いで、一般に約１．２ｍｍの厚さ、３５〜４０％の密度の自己支持型フィルムを形成するために、ステンレス鋼支持ストリップの上に鋳造され、乾燥され、支持ストリップから分離された。第１の圧延段階及び熱処理サイクルによって約０．４５ｍｍの厚さ及び約８０％の密度、第２の圧延及び熱処理サイクルの後に０．４ｍｍの厚さ及び約９９％の密度、及び第３の圧延及び熱処理サイクルによって０．３５ｍｍの最大限の密度の層に低減された。これらの熱処理段階は、結合材を除去するために、窒素雰囲気内で一般に約６５０℃で行われた。最大密度層の厚さをさらに低減するために、複数の圧延通路を使用し、前の熱処理での厚さと比較した熱処理ごとの厚さは、約７０％であり、これを達成するための圧延通路の数は、約１０から約４０まで着実に増加された。この熱処理は、空気中で約４５０℃で行われた。これは、最終のストリップが５０μｍの厚さになるまで続き、最終の熱処理が完了した。
【００６０】
「実施例２」
混合及び圧縮成形の前に当分野で知られた方法によって、２０〜３０ｎｍの厚さの層を形成するためにＴｉによって予め被覆される点を除いて、実施例１の方法に従った。
【００６１】
「実施例３」
充填物が、実施例２でのＴｉによって予め被覆された６μｍのダイアモンド・グリットを体積で合計２０％まで含み、被覆されない０．６μｍのｃＢＮグリットを体積で合計１５％まで含んだ点を除いて、実施例１の方法に従った。
【００６２】
「実施例４」
３次元の固い構造体、特に図２及び図３に示されるスピーカ用のツイータ・ドームを形成するために、実施例１〜３で作製された材料が使用された。最大幅の点１２で２８ｍｍの直径を有したツイータ１０を形成するために、最終的な最大限の密度の形態でのストリップが、ステンレス鋼成形型を使用する鋳型内に熱間プレスされ、２４ｍｍの半径を有した球面のセグメントを形成した。さらに、縁部１４の周囲には直径が２８ｍｍの円筒形の部分を形成するリム１６があり、それは１ｍｍ延びボイス・コイル形成器（図示されない）用の取付け具の手段を提供した。
【００６３】
「実施例５」
自己支持型ストリップが、実施例１〜４に述べられたプロセスの初期段階に形成される前に、ある範囲の厚さに実施例１の方法によって作製され、最大稠密化が完了する前に除去された。特に、４５％、８０％、及び９５％の稠密化率を有し、及び厚さが５０μｍ〜２００μｍの材料が生産された。次いで、これらの材料は、図２及び図３に示されたものと同様な構成で、様々な稠密化の度合いを伴う最終形状のツイータ構成部品を形成するために、熱間及び冷間プレス加工技術を使用して最終形状に直接的に形成され、それから熱処理された。特に、材料は最大幅の点で２８ｍｍの直径のツイータを形成するために、ステンレス鋼成形型を使用する鋳型内に熱間プレスされ、２４ｍｍの半径を有した球面のセグメントを形成した。さらに、縁部の周囲には直径で２８ｍｍの円筒形の部分を形成するリムがあり、それは１ｍｍ延び、ボイス・コイル形成器（図示されない）用の取付け具の手段を提供した。
【００６４】
「実施例６」
実施例１に記述された様式でダイアモンド／アルミニウム・スラリが調製された。これは、次いで、一般に１３０μｍの厚さ、及び約３５％の密度の、ドームの頂点付近で１１０μｍに薄くされた自己支持型ドーム構造を形成するため、ステンレス鋼成形型を使用して最終的な形状に近似して鋳造され、乾燥され、成形型から分離された。これは、次いですべての点で６０μｍの厚さ、及び体積の大部分で稠密化が約７５％であるが、ドームの頂点で６４％に稠密化が低減されたドームを得るために、ステンレス鋼成形型を使用した２つの圧縮成形／熱処理段階を使用して最終的な形状に圧縮成形された。ドームの頂点付近の稠密化の低減によって、この領域でのグリット寸法が、わずかにより大きなグリット寸法分布を維持することが可能になった。第１の圧縮成形後の熱処理は、結合材を除去するために窒素雰囲気内で約６５０℃で行われ、第２の圧縮成形段階の後の熱処理は、Ａｌの加工硬化の度合いを制御するために低い温度範囲にわたるものであった。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】アルミニウム・マトリクス内のダイアモンド充填物によって例示される、充填材の体積率の関数としての複合材料のヤング率又は固さ変化における上方及び下方の境界を示すグラフ。
【図２】本発明の構成部品の好ましい実施例の斜視図。
【図３】図２の構成部品の線３〜３での側断面図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属又は合金マトリクスに埋め込まれた超硬質材料の粒子又はグリットから形成された箔体を含む構成部品。
【請求項２】
前記超硬質粒子又はグリットが、ダイアモンド又はｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）粒子又はグリットである、請求項１に記載された構成部品。
【請求項３】
前記箔体が５μｍ〜５００μｍの厚さを有する、請求項１又は請求項２に記載された構成部品。
【請求項４】
前記箔体が２０μｍ〜１００μｍの厚さを有する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項５】
前記箔体が４０μｍ〜５０μｍの厚さを有する、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項６】
前記箔体が、全体積密度で２％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ粒子又はグリット、或いはその混合物を含む、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項７】
前記箔体が、全体積密度で１０％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ粒子又はグリット、或いはその混合物を含む、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項８】
前記箔体が、全体積密度で３０％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ粒子又はグリット、或いはその混合物を含む、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項９】
前記箔体が、全体積密度で５０％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ粒子又はグリット、或いはその混合物を含む、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１０】
圧縮前の平均径によって特徴付けられる平均の粒子又はグリット寸法が、０．２μｍ〜６０μｍである、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１１】
圧縮前の平均径によって特徴付けられる平均の粒子又はグリット寸法が、１μｍ〜２０μｍである、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１２】
圧縮前の平均径によって特徴付けられる平均の粒子又はグリット寸法が、４μｍ〜１０μｍである、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１３】
前記箔体が、剛い３次元形状を有する、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１４】
前記箔体が球面のセグメントを含む、請求項１３に記載された構成部品。
【請求項１５】
前記箔体の形状が、長円又はその他の円錐曲線を回転させることによって定義される、回転対称軸線を有し曲率半径の急激な変化のない楕円体、放物体、及び双曲線体である、請求項１３に記載された構成部品。
【請求項１６】
前記金属又は合金マトリクスが十分に稠密化されている、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１７】
前記金属又は合金マトリクスが部分的に稠密化され、又は多孔質である、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１８】
前記金属又は合金マトリクスが、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、及びチタンからなる群から選択される純金属又は合金を含む、請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１９】
音響構成部品である、請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項２０】
前記音響構成部品がドーム・セグメントである、請求項１９に記載された構成部品。
【請求項２１】
前記ドーム・セグメントが、スピーカ・ドームとしての使用に適するように一体のコイル取付けフランジ又は管を有する、請求項２０に記載された構成部品。
【請求項２２】
前記スピーカ・ドームが３１ｋＨｚよりも大きい分割振動周波数を有する、請求項２１に記載された構成部品。
【請求項２３】
前記スピーカ・ドームが軸上応答曲線からの偏りを有し、２０ｋＨｚで測定される５ｄＢよりも少ない位相の減衰を可能にする、請求項２１又は請求項２２に記載された構成部品。
【請求項２４】
高性能のツイータ構成部品である、請求項１から請求項２３までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項２５】
アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、及びチタン並びにそれらの組合せから選択された金属を含む金属又は合金マトリクスに埋め込まれたダイアモンド粒子又はグリットを含む複合材料。
【請求項２６】
金属又は合金マトリクスに埋め込まれたダイアモンド粒子又はグリットから形成された箔体を含む複合材料であって、前記ダイアモンド粒子又はグリットが化学蒸着によって形成されている複合材料。
【請求項２７】
前記ダイアモンド・グリットが非等軸である、請求項２６に記載された複合材料。
【請求項２８】
前記ダイアモンド・グリットが１．２を超えるアスペクト比を有する、請求項２６又は請求項２７に記載された複合材料。
【請求項２９】
金属又は合金マトリクスに埋め込まれた超硬質材料の粒子又はグリットから形成された、圧縮成形された箔体を含む複合材料であって、最終的な箔厚さへの圧縮成形前の最大の粒子又はグリット寸法の比率が０．５〜０．０５の範囲にあるように前記粒子又はグリットが選択されることを特徴とする複合材料。
【請求項３０】
金属又は合金マトリクスに埋め込まれた超硬質材料の粒子又はグリットから形成された、圧縮成形された箔体を含む複合材料であって、最終的な箔厚さへの圧縮成形後の最大の粒子又はグリット寸法の比率が０．３〜０．０５の範囲にあるように前記粒子又はグリットが選択されることを特徴とする複合材料。
【請求項３１】
比較的大きな剛性及び小さな質量を有する３次元構造体を製造する方法において、該方法が、超硬質の研磨用粒子又はグリット、及び金属マトリクス材料を提供するステップと、複合ストリップ又は箔を形成するために前記超硬質の研磨用粒子又はグリット、及び前記金属マトリクス材料を共に圧縮成形するステップと、前記複合ストリップ又は箔を前記３次元構造体に形成するステップとを含む、３次元構造体を製造する方法。
【請求項３２】
前記超硬質粒子又はグリットを、前記金属マトリクス材料と共に圧縮成形する前に、金属又は合金と共に予め被覆し、金属被覆が前記金属マトリクス材料の金属と同じ又は異なることができる、請求項３１に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３３】
前記金属被覆がチタン又はチタン基合金である、請求項３２に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３４】
前記金属マトリクスの材料が、圧縮成形の前に前記超硬質粒子又はグリットの上に被覆される、請求項３１に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３５】
前記超硬質粒子又はグリットが、ダイアモンド粒子又はグリットである、請求項３１から請求項３４までのいずれか１項に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３６】
前記複合ストリップ又は箔が、バイ・モーダル、トリ・モーダル、又はその他のマルチ・モーダルのダイアモンド粒子又はグリットの寸法分布を含む、請求項３５に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３７】
前記超硬質粒子又はグリット、及び前記金属マトリクス材料が乾燥粉末の形で提供され、混ぜ合わせられて、圧縮成形され、自己支持型ストリップを形成する、請求項３１から請求項３６までのいずれか１項に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３８】
前記３次元構造体の剛性又は密度が、層又はシートの厚さ、稠密化の度合い、厚さ全体にわたる稠密化の分布、又は前記複合ストリップ又は箔の平面又は厚さ全体にわたる超硬質粒子又はグリットの分布を変えることによって変えられる、請求項３１から請求項３７までのいずれか１項に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３９】
前記３次元構造体がスピーカ・ドームであり、前記ストリップ又は箔の厚さが前記スピーカ・ドームの外周部に向かって増加する、請求項３８に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項１】
金属又は合金マトリクスに埋め込まれた超硬質材料の粒子又はグリットから形成された箔体を含む構成部品。
【請求項２】
前記超硬質粒子又はグリットが、ダイアモンド又はｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）粒子又はグリットである、請求項１に記載された構成部品。
【請求項３】
前記箔体が５μｍ〜５００μｍの厚さを有する、請求項１又は請求項２に記載された構成部品。
【請求項４】
前記箔体が２０μｍ〜１００μｍの厚さを有する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項５】
前記箔体が４０μｍ〜５０μｍの厚さを有する、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項６】
前記箔体が、全体積密度で２％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ粒子又はグリット、或いはその混合物を含む、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項７】
前記箔体が、全体積密度で１０％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ粒子又はグリット、或いはその混合物を含む、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項８】
前記箔体が、全体積密度で３０％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ粒子又はグリット、或いはその混合物を含む、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項９】
前記箔体が、全体積密度で５０％を超えるダイアモンド又はｃＢＮ粒子又はグリット、或いはその混合物を含む、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１０】
圧縮前の平均径によって特徴付けられる平均の粒子又はグリット寸法が、０．２μｍ〜６０μｍである、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１１】
圧縮前の平均径によって特徴付けられる平均の粒子又はグリット寸法が、１μｍ〜２０μｍである、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１２】
圧縮前の平均径によって特徴付けられる平均の粒子又はグリット寸法が、４μｍ〜１０μｍである、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１３】
前記箔体が、剛い３次元形状を有する、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１４】
前記箔体が球面のセグメントを含む、請求項１３に記載された構成部品。
【請求項１５】
前記箔体の形状が、長円又はその他の円錐曲線を回転させることによって定義される、回転対称軸線を有し曲率半径の急激な変化のない楕円体、放物体、及び双曲線体である、請求項１３に記載された構成部品。
【請求項１６】
前記金属又は合金マトリクスが十分に稠密化されている、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１７】
前記金属又は合金マトリクスが部分的に稠密化され、又は多孔質である、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１８】
前記金属又は合金マトリクスが、アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、及びチタンからなる群から選択される純金属又は合金を含む、請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項１９】
音響構成部品である、請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項２０】
前記音響構成部品がドーム・セグメントである、請求項１９に記載された構成部品。
【請求項２１】
前記ドーム・セグメントが、スピーカ・ドームとしての使用に適するように一体のコイル取付けフランジ又は管を有する、請求項２０に記載された構成部品。
【請求項２２】
前記スピーカ・ドームが３１ｋＨｚよりも大きい分割振動周波数を有する、請求項２１に記載された構成部品。
【請求項２３】
前記スピーカ・ドームが軸上応答曲線からの偏りを有し、２０ｋＨｚで測定される５ｄＢよりも少ない位相の減衰を可能にする、請求項２１又は請求項２２に記載された構成部品。
【請求項２４】
高性能のツイータ構成部品である、請求項１から請求項２３までのいずれか１項に記載された構成部品。
【請求項２５】
アルミニウム、マグネシウム、ベリリウム、及びチタン並びにそれらの組合せから選択された金属を含む金属又は合金マトリクスに埋め込まれたダイアモンド粒子又はグリットを含む複合材料。
【請求項２６】
金属又は合金マトリクスに埋め込まれたダイアモンド粒子又はグリットから形成された箔体を含む複合材料であって、前記ダイアモンド粒子又はグリットが化学蒸着によって形成されている複合材料。
【請求項２７】
前記ダイアモンド・グリットが非等軸である、請求項２６に記載された複合材料。
【請求項２８】
前記ダイアモンド・グリットが１．２を超えるアスペクト比を有する、請求項２６又は請求項２７に記載された複合材料。
【請求項２９】
金属又は合金マトリクスに埋め込まれた超硬質材料の粒子又はグリットから形成された、圧縮成形された箔体を含む複合材料であって、最終的な箔厚さへの圧縮成形前の最大の粒子又はグリット寸法の比率が０．５〜０．０５の範囲にあるように前記粒子又はグリットが選択されることを特徴とする複合材料。
【請求項３０】
金属又は合金マトリクスに埋め込まれた超硬質材料の粒子又はグリットから形成された、圧縮成形された箔体を含む複合材料であって、最終的な箔厚さへの圧縮成形後の最大の粒子又はグリット寸法の比率が０．３〜０．０５の範囲にあるように前記粒子又はグリットが選択されることを特徴とする複合材料。
【請求項３１】
比較的大きな剛性及び小さな質量を有する３次元構造体を製造する方法において、該方法が、超硬質の研磨用粒子又はグリット、及び金属マトリクス材料を提供するステップと、複合ストリップ又は箔を形成するために前記超硬質の研磨用粒子又はグリット、及び前記金属マトリクス材料を共に圧縮成形するステップと、前記複合ストリップ又は箔を前記３次元構造体に形成するステップとを含む、３次元構造体を製造する方法。
【請求項３２】
前記超硬質粒子又はグリットを、前記金属マトリクス材料と共に圧縮成形する前に、金属又は合金と共に予め被覆し、金属被覆が前記金属マトリクス材料の金属と同じ又は異なることができる、請求項３１に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３３】
前記金属被覆がチタン又はチタン基合金である、請求項３２に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３４】
前記金属マトリクスの材料が、圧縮成形の前に前記超硬質粒子又はグリットの上に被覆される、請求項３１に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３５】
前記超硬質粒子又はグリットが、ダイアモンド粒子又はグリットである、請求項３１から請求項３４までのいずれか１項に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３６】
前記複合ストリップ又は箔が、バイ・モーダル、トリ・モーダル、又はその他のマルチ・モーダルのダイアモンド粒子又はグリットの寸法分布を含む、請求項３５に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３７】
前記超硬質粒子又はグリット、及び前記金属マトリクス材料が乾燥粉末の形で提供され、混ぜ合わせられて、圧縮成形され、自己支持型ストリップを形成する、請求項３１から請求項３６までのいずれか１項に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３８】
前記３次元構造体の剛性又は密度が、層又はシートの厚さ、稠密化の度合い、厚さ全体にわたる稠密化の分布、又は前記複合ストリップ又は箔の平面又は厚さ全体にわたる超硬質粒子又はグリットの分布を変えることによって変えられる、請求項３１から請求項３７までのいずれか１項に記載された３次元構造体を製造する方法。
【請求項３９】
前記３次元構造体がスピーカ・ドームであり、前記ストリップ又は箔の厚さが前記スピーカ・ドームの外周部に向かって増加する、請求項３８に記載された３次元構造体を製造する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００８−５２２０２３（Ｐ２００８−５２２０２３Ａ）
【公表日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４２１６７（Ｐ２００７−５４２１６７）
【出願日】平成１７年１１月２５日（２００５．１１．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／００３５４６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５６８７１
【国際公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（５０３４５８０４３）エレメント シックス リミテッド (45)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２５日（２００５．１１．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／００３５４６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０５６８７１
【国際公開日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（５０３４５８０４３）エレメント シックス リミテッド (45)
【Ｆターム（参考）】
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